FR2751266A1 - Procede de thermo-formage en cycle chaud de matiere thermo-plastique utilisant une paraison libre - Google Patents

Abstract

Le procédé consiste à extruder à l'aide d'une filière plate (1) une paraison plate (2) qui pend librement soit en sortie d'extrusion, soit après conditionnement thermique et qui est pincée dans un dispositif de moulage (7) formé d'un moule (3) et d'un contre moule (4) dont le plan de joint (5) est en position verticale, et séparé par un moyen de découpe de la partie supérieure (6) de la paraison plate, dans laquelle le thermoformage se fait de préférence par injection d'air comprimé dans la cavité du contre moule, après escamotage du dispositif de moulage.

Description

L'invention concerne un procédé de thermo-formage en cycle chaud de matières thermo-plastiques utilisant une paraison plate libre.

Le procédé de thermo-formage traditionnel utilise un cycle froid permettant de réaliser des pièces formées d'une paroi mince; une extrudeuse comportant une filière plate fabrique en continu une bande de matière plastique, d'une épaisseur allant d'une fraction de millimètre a la dizaine de millimètre et d'une largeur déterminée par celle de la filière; cette bande de matière thermo-plastique est généralement calandrée entre des rouleaux a la- sortie de l'extrudeuse, pour en ajuster au mieux l'épaisseur, alors qu'elle est encore plastique puis elle est refroidie et découpée en plaques de dimension standard. Lors de la mise en oeuvre de ces plaques pour les thermo-former, elles sont éventuellement découpées une nouvelle fois en fonction des caractéristiques de la forme a mouler; elles sont réchauffées, généralement par des panneaux radiants rayonnant dans l'infra-rou3e puis introduite dans le moule; le moule est généralement constitué d'un plan de joint horizontal placé a sa partie supérieure la forme a mouler étant dans une cavité placée en dessous du plan de joint; la plaque est pincée sur le plan de joint du moule de manière a créer avec la cavité du moule un volume étanche; le moulage se fait généralement par misesen dépression de la cavité ainsi fermée, tandis que la plaque vient épouser par fluage, sous l'action de la pression atinosphérique, la forme du fond de la cavité du moule. Lorsqu'il s'agit de fabriquer de grandes séries de petites pièces, telles que les pots de petit suisse, thermo-formées a partir de feuilles minces, on emploie un thermo-formage a cycle chaud; la feuille est extrudée en continu glissé sur un tapis horizontal; la feuille est pincée latéralement par des picots qui la relient a deux channes d'entrainement latérales qui l'accompagnent pendant tout le cycle; elle est conditonnée en température tandis que les chastes latérales l'amènent sur une channe mobile a moules multiples horizontale ou elle est moulée comme indiqué précédemment; la séparation des objets thermo-formés n'intervient que sur la pièce terminée.

Les grandes séries de pièces de grande dimension sont réalisées, en cycle chaud a partir d'une feuille extrudée tenue latéralement par une channe d'entratnement comme dans l'exemple précédent; le moule est animé d'un mouvement va et vient accompagnant le déplacement de la feuille en phase de moulage et, après démoulage, revenant se positionner en amont au niveau d'une nouvelle portion de feuille a thermo-former; la séparation de la pièce ne se fait qu'en fin de cycle.

Il existe d'autre part la technique d'extrusion soufflage pour la fabrication de corps creux en parois minces tels que des bouteilles utilisant un cycle chaud; elle consiste à extruder verticalement un tube, formant ce que l'on appelle une paraison libre dont une longueur est pincée dans le plan de joint d'un moule et séparée de la partie amont de la paraison; le moule est escamoté et le tube est ensuite gonflé à l'air comprimé pour permettre au tube de venir épouser, par fluage sous la pression de l'air, la forme de chaque demi moule afin de former ainsi un corps creux à paroi mince; pendant ce temps l'extrudeuse extrude la longueur de paraison libre nécessaire au moulage de la pièce suivante
La technique de thermo-formage qui utilise un cycle froid exige des moyens lourds d'extrusion des plaques qui doivent etre de grande précision pour permettre le calandrage qui est I.ui-même imposé pour permettre un réchauffage uniforme de la plaque. La manutention des plaques leur découpe leur réchauffage engendrent des surcoats de transformation qui conduisent généralement à l'abandon de cette technique pour les grandes séries. Les grandes séries qui emploient le cycle chaud nécessitent un matériel lourd de moulage mobile.

La technique de d'extrusion soufflage à paraison tubulaire libre ne permet pas en général de réaliser les formes qui peuvent entre obtenues par thermo-formage, notamment parce plus on s'éloigne d'une forme de révolution plus il est difficile de mattriser la bonne répartition des épaisseurs de matières; en contre-partie elle permet de travailler en cycle chaud.

L'objet de l'invention est de concilier les avantages de ces deux techniques, d'extrusion soufflage et de thermo-formage, afin de pouvoir réaliser des pièces thermo-formées à paroi minces en cycle chaud.

La Fiv.1 représente une vue perspective éclatée du dispositif selon l'invention dispositif de moulage ouvert.

La Fig.2 représente une vue perspective du dispositif de la
Fig.1 avec le dispositif de moulage fermé et escamoté.

La Fig.3 représente une vue perspective te la partie moule du dispositif de moulage selon une version préférée de l'invention.

La Fig.4 représente une vue perspective de la partie contre moule du dispositif de moulage.

La Fig.5 à 9 représentent en coupe du dispositif de moulage les diverses phases du cycle de thermo-formage suivant une version préférée de l'invention.

La Fig.10 représente une vue perspective du dispositif d'extrusion de la paraison plate suivant une version préférée de l'invention.

Les Fig.11 à 15 représentent les diverses phases du cycles d'extrusion correspondant au cycle de thermo-formage des
Fig.5 à 9.

La Fig.16 représente une vue perspective éclatée d'un dispositif de découpe de la pièce thermo-formée en cours de cycle.

D'une manière générale l'invention consiste à extruder verticalement à partir d'une filière plate (1) une longueur d'une bande de matière thermo-plastique de faible épaisseur, qu'on apellera ci-après "paraison plate (2)", de la conditionner en température, et de l'introduire dans un dispositif de thermo-formage (7) formé d'un moule (3) et d'un contre moule (4) qui pince une longueur de paraison plate (2) dans son plan de joint (5) qui est en position verticale , de la séparer de la partie amont (6) de la paraison plate (2) située entre le dispositif de moulage (7) et la filière (1), d'escamoter le dispositif de moulage (7)
Fig.2 afin d'effectuer le thermo-formage de la pièce; pendant ce temps la filière plate (1) extrude une longueur de paraison plate (2) suffisante pour thermo-former la pièce suivante.

titre d'exemple, sans que cet exemple soit limitatif, on peut partir d'une machine d'extrusion soufflage classique a paraison libre et comportant un porte moule escamotable; on remplace la tette d'extrusion par une filière plate (1) Fi., et on place dans le porte moule escamotable un dispositif de thermo-formage (7) formé d'un moule (3) fixé sur un des plateaux du porte moule et d'un contre moule (4) fixé sur l'autre plateau; le plan de joint (5) du moule (3) et du contre moule (4) est placé verticalement parallèlement au plan de la paraison plate (2) en cours d'extrusion une paraison plate (2) de longueur suffisante étant extrudée, on place le porte moule, en position ouverte, de manière à ce que la paraison plate soit placée entre le moule (3) et le contre moule (4); en fermant le porte moule on pince la paraison plate (2) dans le plan de joint (5) situé entre le moule (3) et le contre moule (4) de manière à former une enceinte fermée (9) avec la paroi interne formant la cavité (8) du moule (3); on coupe la paraison plate (2) par un moyen (17) approprié connu manoeuvré par exemple par un vérin hydraulique (39); et on escamote le porte moule pour permettre à l'extrudeuse de continuer l'extrusion de la paraison plate (2) Fig.2 pour la pièce suivante. Pendant ce temps il suffit par exemple d'aspirer l'air de l'enceinte (9) comme décrit précédemment pour obtenir la pièce désirée.

Le porte moule est ensuite ouvert, séparant le moule (3) du contre moule (4) et la pièce évacuée puis le porte moule se représente comme décrit précédemment au niveau de la paraison plate (2) qui a la longueur voulue pour entamer un nouveau cycle.

Dans une version préférée de l'invention, le dispositif de thermo-formage comporte un moule fig.3 qui est composé de deux parties; la premiere pa-rtie est composée d'un cadre (10) supportant le plan de joint (-13) et la deuxième partie constitue l'empreinte (11) de la forme (14) à mouler; le cadre (10) et l'empreinte (11) coulissent l'un par rapport à l'autregrce à des colonnes de guidage (12). Une lame (21)
Fig.3 est fixée sur l'empreinte de manière à ne pas gênez le débattement du cadre (10) sur le partie supérieure duquel elle est appuyée; l'arête coupante (22) de la lame (21) qui est parallèle au plan de joint (13) et en retrait par rapport à ce dernier a une longueur supérieure à la largeur de la paraison plate; le fil (22) de la lame (21) peut etre mis de biais lorsque le procédé d'extrusion permet d'arrêter le défilement de la paraison le temps de la coupe. Lorsque le dispositif de moulage est ouvert l'empreinte (11) est escamotée par rapport au cadre (10); ceci permet à l'empreinte (11) de comporter des volumes mules qui ne gênent pas le positionnement de la paraison plate lorsque le dispositif de moulage est ouvert et qui dépassent le plan de joint (13) lorsque le dispositif de moulage est fermé; l'empreinte (11) est maintenue escamotée par un dispositif élastique qui peut etre par exemple, sans que cet exemple soit limitatif, composé de ressorts (15); lorsque le dispositif de moulage se ferme le plan de joint, forme par le contact du cadre (10) Fig.5 et du contre moule (4), se ferme Fig.6 sur la paraison plate (16) de manière à la tenir tendue puis l'empreinte (11) Fig.7 prend sa place par rapport au cadre (10) par coulissement sur les colonnes de guidage (12) Fig.3 et compression du système élastique (15); dans le meme temps la l'arête (22) de la lame (21) traverse le plan de joint (13) et sépare la paraison plate (23) Fig.6 de la pièce suivante du dispositif de moulage Fig.7; en cours de mouvement certains volumes de la forme (18) Fig.7 de l'empreinte peuvent traverser le plan de joint (13), la paraison plate (16) venant s'appliquer sur leur surface. Lecontre moule Fig.4 et (4) Fig.5 comporte une cavité (19) bordée par un plan de joint (20) qui vient s'appliquer Fig.6 sur le plan de joint (13) du cadre (10) du moule (3) afin de pincer la paraison plate (16); cette- cavité- (19) est suffisamment profonde pour contenir les volumes qui dépassent le plan de joint lorsque la dispositif de moulage est fermé; dans une version préférée de l'invention, l'empreinte (11) est munie d'évents pour l'évacuation de l'air contenu entre la paraison plate (16) et l'empreinte (11); lorsque le dispositif de moulage est fermé sur une paraison plate (16) Fig.7 on injecte de l'air comprimé dans la cavité (19) Fig.8 du contre moule (4) comme on le fait pour souffler un flacon et on plaque la paraison plate'(16) sur la forme (l8) l'empreinte (11); les porte moules ayant des pressions de fermeture de plusieurs tonnes, cela permet d'utiliser des pressions d'air comprimé de plusieurs bars et d'obtenir une tres bonne qualité de surface de la pièce (24)
Fig.9 ainsi thermo-formée.

L'extrusion d'une paraison plate (2) Fui. libre suppose que la matière employée ait, à la température d'extrusion, une viscosité cohérente avec la longueur de matière à extruder, pour constituer la longueur de paraison plate (2) nécessaire et le temps de cycle de la machine; en effet si la paraison plate est trop longue ou si elle reste suspendue trop longtemps, il se produit du fluage ui amincit la paraison plate (2) dans la partie haute et nuit à la qualité du produit obtenu.

Une manière de procéder, pour éviter le fluage, consiste à stocker la matière plastifiée en bout de vis de plastification comme cela se fait couramment en injection et à extruder la paraison plate (2) a l'aide d'un vérin au moment de l'introduire dans le dispositif de moulage (7) ouvert; cette technique peut manquer de fiabilité car lorsqu'on interrompt le flux de matière dans une filière sa température change et agit sur la fluidité de la matière.

La version de l'invention que nous venons de décrire peut convenir aux matières thermo-plastiques amorphes telles que des polyéthylènes ou des polychlorures de vinyles; elle peut permettre d'utiliser des machines d'extrusion soufflage existantes sans modifications majeures; cependant le procédé ne convient pas au thermo-formage des matières thermo-plastiques dites cristallines dont la viscosité chute très rapidement en fonction de la température dans la zone de température correspondant à la température d'extrusion.

Dans la version préférée de l'invention, on résout ce problème en extrudant la matière en continu sur un tapis mobile (25) de préférence horizontal qui se déplace à vitesse sensiblement constante par rapport à la- filière (26); pendant son passage sur le tapis mobile (25) la matière est conditionnée en température, par un dispositif de conditonnement en température (28), pour l'amener à une température où les frottements internes entre les molécules sont suffisants pour ralentir le fluage. A titre d'exemple non limitatif la matière peut Entre extrudée entre 200 et 300 degrés centigrades et ramenée sur le tapis mobile (25) à une température de l'ordre de 80 a 100 degrés centigrades ce qui peut correspondre à ce u'on appelle pour certaines matières la zone caoutchoutique et ce qui réduit d'autant le temps de
cycle. En bout du tapis mobile la paraison plate (27) Fig.11 pend dans le vide pour pouvoir être prise entre le moule (3) et le contre moule (4) lorsqu'elle a atteint une longueur suffisante comme on l'a décrit précédemment.

Dans une variante de la version préférée de l'invention, la filière plate (26) Fig.11 dépose sur le tapis mobile (25) une longueur de paraison plate (27) suffisante pour l'introduire dans le dispositif de moulage (7); lorsque le dispositif de moulage (7) est en mesure de recevoir la paraison plate (27), le tapis mobile (25) Fig.12 se met en mouvement pour faire descendre entre le moule (3) et le contre-moule (4) une longueur de paraison plate (27) Fig.13 suffisante, le dispositif de moulage (7) Fig.14 se ferme sur la paraison plate (27) et la lame (Z1) solidaire de l'empreinte (11) moule sectionne la paraison plate (27) tandis que le tapis mobile (25) Fig. 15 revient légèrement en arrière pour ramener le bout (29) de paraison plate (25) située entre le tapis mobile (25) et le dispositif de moulage (7) sur la partie horizontale du tapis mobile (25) et ce dernier s'immobilise jusqu'au début du cycle suivant; pendant ce temps l'extrudeuse (30) Fig.10 qui est montée sur un chassis mobile (31X, par rapport au chassis supportant le ou les dispositifs de moulages (7) ainsi que par rapport au chassis supportant le tapis mobile (25), se déplace à une vitesse contrtlée par rapport à la surface du tapis mobile (25) et en sens contraire du sens d'avancée du tapis mobile (25), pour déposer en continu une paraison plate (27) d'épaisseur connue de matière thermo-plastique sur le tapis mobile (25) en général l'épaisseur de matière déposée sur le tapis est constante mais on peut moduler la vitesse de déplacement de l'extrudeuse (30) par rapport à la surface du tapis mobile (25) pour en modifier l'épaisseur en certains endroits pour compenser des effets dûs au fluage ou si la configuration de la pièce à fabriquer l'exige. Une manière de réaliser la synchronisation entre les mouvements du tapis mobile (25) et les mouvements de l'extrudeuse (30) est d'utiliser un moteur synchrone pour entraîner le tambour moteur (32) du tapis mobile (25); une channe à maillons (33) en boucle fermée est entraînée par un pignon (34), solidaire du tambour moteur (32) du tapis mobile (25), à la meme vitesse linéaire que le tapis mobile (25); le brin de la channe à maillon (33) qui se déplace dans le sens du tapis mobile (25) supporte le chassis mobile (31) de l'extrudeuse (30) par l'intermédiaire de roue motorisée (35) tournant a vitesse constante dans le sens opposé au sens de déplacement général du tapis mobile (25) Comme nous l'avons expliqué précédemment la vitesse des roues motorisées (35) peut être légèrement modulée en cours de cycle pour faire varier l'épaisseur de la paraison plate (27) Un tel dispositif permet notamment d'utiliser un dispositif de moulage (7) qui reste en place une fois qu'il est refermé puisque l'extrudeuse (30) dépose la matière sur le tapis mobile (25) qui est immobilisé puis l'introduit entre le moule (3)
Fig.13 et le contre-moule (4) lorsque le dispositif de moulage (7) est ouvert et la pièce précédente (36) Fig.11 dégagée.

Le contre moule (3) Fig.4 possède une cavité (19) à l'intérieur de laquelle il est possible de placer un ou plusieurs dispositifs de découpe Fig.16 permettant de découper des éléments de la pièce thermo-formée et travaillant dans l'ambiance de la pression d'air de thermo-formage; un dispositif de découpe comporte un outil de découpe (37) et un dispositif de manoeuvre (38) de ce dernier; sans que cet exemple ait un caractère limitatif, le dispositif de manoeuvre (38) peut etre constitué d'un ou plusieurs vérins de préférence hydrauliques qui viennent appliquer l'outil de découpe (37) sur la zone à découper en meme temps que la matiere- est appliquée sur la forme de l'empreinte par la pression de l'air. Cependant la force nécessaire pour assurer une bonne découpe est de plusieurs kilonewtons par centimètre de découpe ajoutée à la pression de gaz dans le contre-moule qui peut-Ptre de l'ordre de 8 à 10 bars peut imposer des forces de fermeture de plusieurs centaines de kilonewtons; ceci implique, par exemple, l'utilisation de porte moules dérivés de la technologie' des pression d'injection pour les matières thermo-plastiques.

Le tapis mobile (Z5) recevant la matière extrudée par la filière doit supporter des températures situées entre 200 et 300 degrés centigrades; il peut zèbre par exemple à base de téflon afin d'éviter notamment à la feuille de coller dessus
La régulation de la température de la matière peut Entre réalisée par refroidissement naturel et ou en convection forcée à l'aide d'un dispositif de conditionnement en température (28); lorsqu'on utilise des ventilateurs il est préférable de fixer le dispositif de conditionnement en température (28) au chassis (31) de l'extrudeuse de manière à ce que quelque soient les mouvements du tapis mobile (25) le temps de refroidissement en convection forcée reste sensiblement le même.

Claims (9)

REVENDICÂTIONS

1-Procédé de thermo-formage de matière thermo-plastique en cycle chaud, à partir d'une feuille mince extrudée en bande par une filière plate caractérisé en ce que la filière plate (1) extrude une paraison plate (2), qui pend verticalement après avoir été éventuellement soumise à des moyens de conditionnement en température, qui, lorsqu'elle a atteint une longueur suffisante, est pincée par le dispositif de moulage (7), dont le plan de joint (5) est positionné verticalement, pouvant comporter des moyens de découpe internes de la pièce thermo-formée, parai son plate (2) qui est séparée de la partie supérieure (6) de la paraison plate par des moyens de découpe (17) tandis que la partie supérieure (61 de la paraison plate et le dispositif de moulage (7) s'escamotent l'un par rapport à l'autre par des moyens d'escamotage, le thermo-formage de la pièce étant réalisé par des moyens pneumatiques.

2-Dispositif de moulage en réalisation du procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué d'un moule (3) comportant une cavité (14) et d'un contre moule (4) comportant une cavité (19).

3-Dispositif de moulage suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le moule est composé d'un cadre (10), supportant le plan de joint (13) de pincement de la paraison (16) contre le plan de joint (20) du contre moule (3), et d'une empreinte (11) comportant la forme (18) de la pièce à mouler, le cadre (10) et l'empreinte (11) coulissant l'un par rapport à l'autre grace à des colonnes (12) et des moyens élastiques (15) qui maintiennent l'empreinte (3) escamotée par rapport au cadre (10) lorsque le dispositif de moulage (7) est ouvert.

4-Dispositif de moulage suivant la revendication 3 caractérisé en ce que le moyen de découpe de la paraison plate (16) est constitué d'une lame < 21) solidaire de l'empreinte t111 et s'appuyant sur la partie supérieure du cadre (10)et qui coupe la paraison (16) au moment où l'empreinte prend sa place par rapport au cadre lors de la fermeture du dispositif de moulage (7).

5-Dispositif de moulage suivant la revendication 2, caractérisé en ce ue le the rrno-formage est réalisé par le gonflage à l'air comprimé de la cavité (9) du contre moule.

6-Dispositif de moulage selon la revendication 2 caractérisé en ce que la cavité (49) comporte au moins un dispositif de découpe de la pièce en cours de thermo-formage comprenant un outil de découpe t37) actionné par un dispositif de manoeuvre (38) 7-Dispositif de moulage suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la paraison plate (2) est extrudée en continu et que le dispositif de moulage (7) s'escamote des qu'il s'est referme sur la paraison plate (2) et que cette dernière a été découpée a sa partie supérieure.

8-Dispositif de moulage suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la paraison plate est extrudée, à partir de matière thermowplastique déjà plastifiée et stockée dans l'extrudeuse, au moment où le dispositif de moulage est ouvert en attente d'une nouvelle paraison plate.

9-Dispositif de moulage, suivant la revendication 7r caractérisé en ce que la paraison plate (27) est extrudée en continu sur un tapis mobile (25) où elle peut âtre régulée en température par un dispositif de conditionnement en température (28) avant de pendre dans le vide afin entre saisi par le dispositif de moulage (7).

10-Dispositif de moulage, suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la paraison plate (27) est d'abord stockée sur le tapis mobile (25), qui est en position arrentée, par la filière (26) dont l'extrudeuse (30) se déplace à vitesse constante par rapport à la surface du tapis mobile (25), puis le tapis mobile se met en mouvement pour faire pendre la paraison plate (27) verticalement afin de l'introduire dans le dispositif de moulage (7) en position ouverte7 puis lorsque le dispositif de moulage est refermé et la paraison plate (27) coupée, en ramène l'extrémité (29) sur le tapis mobile (25) par un mouvement de deplacement inverse, puis se met en position arrêtée, tandis que la filière (26) continue de déposer la paraison (27) sur le tapis mobile (25).

Il-Dispositif de moulage suivant la revendication 10 caractérisé en ce que la parai son plate (27) est conditionnée en température par un dispositif de régulation en température (28) pendant la phase d'arrêt du tapis mobile.

12- Dispositif de moulage suivant l'une quelconque des revendications 9 et 10 caractérisé en ce que la vitesse relative de l'extrudeuse (30) par rapport au tapis mobile (25) peut être modulée au cours du cycle pour faire varier l'épaisseur de la paraison plate (27).